| 【発明の名称】 |
燃料蒸気パージシステムの故障診断装置及び燃料蒸気パージシステム |
| 【発明者】 |
【氏名】▲吉▼岡 衛
【氏名】多賀 尊孝
【氏名】富永 眞弘
【氏名】田中 仁
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| 【要約】 |
【課題】燃料蒸気パージシステムの故障診断に要する時間を短縮し、早期にパージを開始してパージ効率を向上する。
【解決手段】燃料蒸気パージシステムの故障診断装置は、パージ経路内に吸気通路９の負圧を導入してこれを密閉し、密閉後における同経路内の内圧の変化状態に基づいて同経路の漏れ異常の有無を診断する。また、故障診断装置は、パージの実行時中において、圧力封鎖弁２７ａを開いた状態でパージ制御弁１１を一時的に閉じたときのパージ経路の内圧の変化状態に基づいてパージ制御弁１１又は圧力封鎖弁２７ａの故障を診断する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】燃料タンクで発生する燃料蒸気をキャニスタに捕集し、パージ通路を開閉するパージ制御弁と、大気導入口を開閉する圧力封鎖弁と、燃料タンクとキャニスタと連通するバイパス通路を開閉するバイパス制御弁とを備え、パージ制御弁及び圧力封鎖弁を開弁してキャニスタに大気を導入しつつキャニスタに捕集された燃料蒸気をパージ通路を介して内燃機関の吸気通路へパージする燃料蒸気パージシステムと、燃料タンクとキャニスタとをパージ経路の内圧と外圧との間に差圧を設けて前記圧力封鎖弁及びパージ制御弁を閉鎖することによりパージ経路を密閉して測定した内圧の変化状態に基づいてパージ経路の漏れ異常の有無の診断を行う診断手段とを備えた燃料蒸気パージシステムの故障診断装置において、前記診断手段はパージの実行中にパージ制御弁を閉弁しバイパス制御弁を開弁したときのパージ経路の内圧の変化状態に基づいて前記パージ制御弁又は圧力封鎖弁の故障を診断するようにした燃料蒸気パージシステムの故障診断装置。
【請求項２】燃料タンクで発生する燃料蒸気をキャニスタに捕集し、燃料タンクの内圧とキャニスタ側の内圧との差に基づいて開かれ燃料タンクからキャニスタへの燃料蒸気の流入を許容する差圧弁と、パージ通路を開閉するパージ制御弁と、大気導入口を開閉する圧力封鎖弁とを備え、パージ制御弁及び圧力封鎖弁を開弁してキャニスタに大気を導入しつつキャニスタに捕集された燃料蒸気をパージ通路を介して内燃機関の吸気通路へパージする燃料蒸気パージシステムと、パージ経路の内圧と外圧との間に差圧を設けて前記圧力封鎖弁及びパージ制御弁を閉鎖することによりパージ経路を密閉して測定した内圧の変化状態に基づいてパージ経路の漏れ異常の有無の診断を行う診断手段とを備えた燃料蒸気パージシステムの故障診断装置において、前記診断手段はパージの実行中にパージ制御弁を閉弁したときのパージ経路の内圧の変化状態に基づいて前記パージ制御弁、圧力封鎖弁及び差圧弁の故障を診断するようにした燃料蒸気パージシステムの故障診断装置。
【請求項３】請求項２に記載の燃料蒸気パージシステムの故障診断装置において、前記差圧弁は燃料タンクの内圧がキャニスタの内圧よりも所定値以上低いとき開弁される燃料蒸気パージシステムの故障診断装置。
【請求項４】燃料タンクで発生する燃料蒸気をキャニスタに捕集し、燃料タンクの内圧とキャニスタ側の内圧との差に基づいて開かれ燃料タンクからキャニスタへの燃料蒸気の流入を許容する差圧弁と、パージ通路を開閉するパージ制御弁と、大気導入口を開閉する圧力封鎖弁とを備え、パージ制御弁及び圧力封鎖弁を開弁してキャニスタに大気を導入しつつキャニスタに捕集された燃料蒸気をパージ通路を介して内燃機関の吸気通路へパージする燃料蒸気パージシステムにおいて、前記差圧弁は燃料タンクの内圧がキャニスタの内圧よりも所定値以上低いとき開弁可能であり、パージの実行中にパージ制御弁を閉弁することにより、キャニスタに捕集された燃料蒸気を差圧弁を介して燃料タンクへバックパージするようにした燃料蒸気パージシステム。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料タンク内で発生した燃料蒸気を内燃機関の吸気系へパージして処理する燃料蒸気パージシステムの故障診断装置及び燃料蒸気パージシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料タンク内で蒸発した燃料が大気中へ放出されるのを防止するため、燃料蒸気を一旦キャニスタ内の吸着剤に吸着させ、キャニスタ内に大気を導入しつつ車両の走行中に吸着した燃料をパージ通路を介して吸気系にパージして燃焼させる燃料蒸気パージシステムが知られている。このような燃料蒸気パージシステムを備えた内燃機関においては、何らかの原因でその配管に穴が空いたり配管が外れた場合には燃料蒸気が漏れ出してキャニスタや燃料タンクから大気中に放出されてしまう。
【０００３】従って、このような燃料蒸気パージシステムの漏れ異常の有無を自動的に診断することが必要とされる。このため従来では、燃料蒸気パージシステムの内部と外部との間に差圧を設けた後、その内圧の挙動を検出することで、漏れ異常を診断するシステムが提案されている。例えば、燃料蒸気パージシステム内に内燃機関の吸気系の負圧を導いた後、燃料蒸気パージシステム内を、大気導入通路及びパージ通路をバルブにて閉じることにより密閉し、その後の燃料蒸気パージシステムの内圧変化を測定するものである。
【０００４】しかし、このような燃料蒸気パージシステムでは、漏れ故障ばかりでなく、前述した燃料蒸気パージシステムに対する大気導入通路及びパージ通路に設けられたバルブの故障が生じることが考えられる。このようなバルブの故障が生じると、パージが適切に行われなかったり、あるいはキャニスタの大気導入口から燃料が大気中へ放出されたりするおそれがある。このようなバルブ故障は、燃料蒸気パージシステムの内圧に与える影響が異なり、上述した穴の検出のために行われる漏洩故障診断ではバルブ故障診断を兼ねることはできない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このように、漏れ故障診断とバルブ故障診断との２種の故障診断を行うシステムでは、１回ですべての故障診断が終了しない場合、すべての故障診断が終了又は中止するまでは吸気系による燃料蒸気パージシステム内への負圧の導入、パージ停止及びパージ許可が繰り返され、故障診断に要する時間が長くなり、パージの開始時期が遅れ、パージ効率が低下する。
【０００６】なお、燃料蒸気パージシステムの故障診断装置として、パージ通路に設けたパージ制御弁と、キャニスタと燃料タンクとの間に設けられた制御弁とがともに開いているとき、キャニスタの大気導入通路に設けられた制御弁の故障を診断するものが特開平５−１９５８８３号公報にて提案されている。
【０００７】本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃料蒸気パージシステムの故障診断に要する時間を短縮し、早期にパージを開始してパージ効率を向上することができる燃料蒸気パージシステムの故障診断装置及び燃料蒸気パージシステムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。請求項１に記載の発明は、燃料タンクで発生する燃料蒸気をキャニスタに捕集し、パージ通路を開閉するパージ制御弁と、大気導入口を開閉する圧力封鎖弁と、燃料タンクとキャニスタと連通するバイパス通路を開閉するバイパス制御弁とを備え、パージ制御弁及び圧力封鎖弁を開弁してキャニスタに大気を導入しつつキャニスタに捕集された燃料蒸気をパージ通路を介して内燃機関の吸気通路へパージする燃料蒸気パージシステムと、燃料タンクとキャニスタとをパージ経路の内圧と外圧との間に差圧を設けて前記圧力封鎖弁及びパージ制御弁を閉鎖することによりパージ経路を密閉して測定した内圧の変化状態に基づいてパージ経路の漏れ異常の有無の診断を行う診断手段とを備えた燃料蒸気パージシステムの故障診断装置において、前記診断手段はパージの実行中にパージ制御弁を閉弁しバイパス制御弁を開弁したときのパージ経路の内圧の変化状態に基づいて前記パージ制御弁又は圧力封鎖弁の故障を診断するようにしたことを要旨とする。
【０００９】上記の構成によれば、内燃機関の運転状態において、パージ実行中にパージ制御弁を閉弁してパージを停止し、バイパス制御弁を開弁したときのタンク内圧の変化状態を検出することのみによって、パージ制御弁、圧力封鎖弁及びバイパス制御弁のバルブ故障を診断することができる。従って、負圧導入による故障診断はパージ経路の漏れ故障診断だけで済み、故障診断に要する時間を短縮化することができ、よって早期にパージを開始してパージ効率を向上することができる。
【００１０】請求項２に記載の発明は、燃料タンクで発生する燃料蒸気をキャニスタに捕集し、燃料タンクの内圧とキャニスタ側の内圧との差に基づいて開かれ燃料タンクからキャニスタへの燃料蒸気の流入を許容する差圧弁と、パージ通路を開閉するパージ制御弁と、大気導入口を開閉する圧力封鎖弁とを備え、パージ制御弁及び圧力封鎖弁を開弁してキャニスタに大気を導入しつつキャニスタに捕集された燃料蒸気をパージ通路を介して内燃機関の吸気通路へパージする燃料蒸気パージシステムと、パージ経路の内圧と外圧との間に差圧を設けて前記圧力封鎖弁及びパージ制御弁を閉鎖することによりパージ経路を密閉して測定した内圧の変化状態に基づいてパージ経路の漏れ異常の有無の診断を行う診断手段とを備えた燃料蒸気パージシステムの故障診断装置において、前記診断手段はパージの実行中にパージ制御弁を閉弁したときのパージ経路の内圧の変化状態に基づいて前記パージ制御弁、圧力封鎖弁及び差圧弁の故障を診断するようにしたことを要旨とする。
【００１１】上記の構成によれば、内燃機関の運転状態において、パージ実行中にパージ制御弁を閉弁してパージを停止し、そのときのタンク内圧の変化状態を検出することのみによって、パージ制御弁、圧力封鎖弁、及び差圧弁のバルブ故障を診断することができる。従って、負圧導入による故障診断はパージ経路の漏れ故障診断だけで済み、故障診断に要する時間を短縮化することができ、よって早期にパージを開始してパージ効率を向上することができる。
【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の燃料蒸気パージシステムの故障診断装置において、前記差圧弁は燃料タンクの内圧がキャニスタの内圧よりも所定値以上低いとき開弁されることを要旨とする。
【００１３】請求項４に記載の発明は、燃料タンクで発生する燃料蒸気をキャニスタに捕集し、燃料タンクの内圧とキャニスタ側の内圧との差に基づいて開かれ燃料タンクからキャニスタへの燃料蒸気の流入を許容する差圧弁と、パージ通路を開閉するパージ制御弁と、大気導入口を開閉する圧力封鎖弁とを備え、パージ制御弁及び圧力封鎖弁を開弁してキャニスタに大気を導入しつつキャニスタに捕集された燃料蒸気をパージ通路を介して内燃機関の吸気通路へパージする燃料蒸気パージシステムにおいて、前記差圧弁は燃料タンクの内圧がキャニスタの内圧よりも所定値以上低いとき開弁可能であり、パージの実行中にパージ制御弁を閉弁することにより、キャニスタに捕集された燃料蒸気を差圧弁を介して燃料タンクへバックパージするようにしたことを要旨とする。
【００１４】上記の構成によれば、パージ実行中に燃料タンクの内圧が所定圧力未満の場合にパージ制御弁を一時的に閉弁することにより、差圧弁を開弁することができ、よってキャニスタに残留している燃料蒸気を燃料タンクへバックパージすることができる。このため、次の給油時においてキャニスタから大気への給油エミッションの悪化を抑制することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明を具体化した第１実施形態の燃料蒸気パージシステムを図１〜図６に従って説明する。
【００１６】図１は、本実施形態としての燃料蒸気パージシステム全体を表す概略説明図である。本燃料蒸気パージシステムは自動車に搭載されているガソリンエンジンに対して取り付けられている。
【００１７】ガソリンエンジンの燃料タンク１には、その内部で発生する燃料蒸気をキャニスタ２に導入する燃料蒸気導入通路３の一端がフロート３ａを介して開口し接続されている。この燃料蒸気導入通路３の他端はキャニスタ２上部に設けられたタンク内圧制御弁４を介して、キャニスタ２と接続されている。このタンク内圧制御弁４は燃料タンク１の内圧が規定値以上になると開弁するようなっている。
【００１８】また、燃料タンク１には給油時に開弁する差圧弁５が設けられている。この差圧弁５はブリーザ通路７によりキャニスタ２と接続されている。従って、給油時に差圧弁５が開弁すると、燃料タンク１内の燃料蒸気はブリーザ通路７を通じてキャニスタ２内に導入される。
【００１９】キャニスタ２の内部はパージ通路８によって吸気通路９の一部をなすサージタンク９ａと連通されている。このパージ通路８には、パージ制御弁１１が設けられている。パージ制御弁１１はマイクロコンピュータとして構成されているＥＣＵ（電子制御ユニット）１０からの制御信号に基づいて駆動回路１１ａにより開閉駆動される。
【００２０】例えば、パージ制御弁１１は、パージ制御において、パージによりキャニスタ２側から吸気通路９へ供給される燃料量を調整し、故障診断制御ではパージ通路８の遮断・開放を行う。このパージ制御弁１１としては例えばバキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）等が用いられる。
【００２１】キャニスタ２の内部は上下方向に延びる仕切板１５によって、２つの室に区画され、タンク内圧制御弁４の下方に位置する主室１６と、大気制御弁１４の下方に位置し内容積が前記主室１６より小さい副室１７とがそれぞれ形成されている。また、主室１６及び副室１７上部にはそれぞれ空気層１８ａ，１８ｂが形成され、空気層１８ａ，１８ｂの下方には活性炭吸着材１９ａ，１９ｂが充填された吸着材層２０ａ，２０ｂがそれぞれ形成されている。主室１６にはその天井部から活性炭吸着材１９ａ内に没入するように蒸気ガイド４０が設けられ、同蒸気ガイド４０は燃料タンク１からキャニスタ２内に燃料蒸気が導入された際、直接パージ通路８に導かれるのを防止するようにしている。
【００２２】吸着材層２０ａ，２０ｂの上方及び下方にはフィルタ２０ｃ，２０ｄが設けられており、活性炭吸着材１９ａ，１９ｂは両フィルタ２０ｃ，２０ｄの間に充填されている。また、フィルタ２０ｄから下方の空間は拡散室２１とされ、この拡散室２１により主室１６と副室１７とは連通されている。
【００２３】主室１６が位置する側のキャニスタ２の端面には、燃料タンク１内において発生した燃料蒸気をキャニスタ２内部に導入するベーパ導入ポート２２が形成されている。また、ベーパ導入ポート２２近傍には、燃料タンク１内が負圧になった際に通気を行うためのチェックボール式のベーパリリーフ弁２３が設けられている。
【００２４】ベーパ導入ポート２２を覆うようにキャニスタ２の同一端面には前記タンク内圧制御弁４が配設されている。タンク内圧制御弁４にはダイヤフラム４ａが備えられており、このダイヤフラム４ａによってベーパ導入ポート２２の先端開口部が閉塞可能とされている。また、タンク内圧制御弁４の内部はダイヤフラム４ａによって２つの圧力室に区画されており、ダイヤフラム４ａの一方側には背圧室４ｂが形成され、他方側には正圧室４ｃが形成されている。また背圧室４ｂの側面には、その内部を大気圧に維持する大気開放ポート２４が設けられている。更に正圧室４ｃ内部は燃料蒸気導入通路３を介して燃料タンク１の内部と連通されている。
【００２５】なお、ダイヤフラム４ａは背圧室４ｂに設けられたスプリング４ｄの付勢力によりベーパ導入ポート２２の先端開口部側に押圧されているため、燃料タンク１の内圧が規定圧以上になるまでタンク内圧制御弁４は閉弁状態に保持される。
【００２６】主室１６の上方におけるキャニスタ２上面にはブリーザ通路７の一端が接続されている。ブリーザ通路７の開口位置の図示左側には前記蒸気ガイド４０を挟んでベーパ導入ポート２２と反対側にパージ通路８が接続されている。
【００２７】そして、特にパージ制御弁１１が開弁状態にあり、キャニスタ２内に大気圧よりも低い圧力が導入されている状態で、パージ通路８内の空間が、順次、主室１６→タンク内圧制御弁４→燃料蒸気導入通路３→燃料タンク１に連通することとなる。また、ブリーザ通路７内の空間も本来主室１６と連通しているため、パージ通路８と同一空間を共有することとなる。以下、本明細書において、大気圧を基準としてそれよりも低い圧力を負圧といい、大気圧を基準としてそれよりも高い圧力を正圧という。
【００２８】このように、キャニスタ２内に負圧が導入されている状態で互いに連通する燃料蒸気パージシステム内の共有空間がパージ経路となる。本実施形態にかかる燃料蒸気パージシステムの故障診断装置は、このパージ経路の漏れの有無を判定することによってその故障の有無を診断することとなる。
【００２９】更に、副室１７の上方におけるキャニスタ２上面には、通気ポート２５が形成されている。大気制御弁１４は、大気開放弁１２と大気導入弁１３とが図示左右に対向して配置されることで形成されている。大気開放弁１２に備えられたダイヤフラム１２ａの図示左側には大気圧室１２ｂが形成され、大気導入弁１３に備えられたダイヤフラム１３ａの図示右側には圧力室としての負圧室１３ｂが形成されている。これら２つのダイヤフラム１２ａ，１３ａによって挟まれた空間は、隔壁２８により２つの圧力室に区画されている。そして、両圧力室の一方は大気開放弁１２の正圧室１２ｄとされ、他方は大気導入弁１３の大気圧室１３ｄとされている。
【００３０】前記隔壁２８の一部には圧力ポート２８ａが形成されるとともに、その先端開口部はダイヤフラム１３ａによって閉塞可能とされている。大気圧室１３ｄには大気導入通路２７が連通している。そして、ダイヤフラム１３ａは負圧室１３ｂに配設されたスプリング１３ｃの付勢力によって圧力ポート２８ａの先端開口部側に押圧されているため、大気導入弁１３は閉弁状態となっている。大気導入通路２７の中間部には圧力封鎖弁２７ａが配置されている。この圧力封鎖弁２７ａは通常は開かれているが、ＥＣＵ１０により後述のごとく故障診断時に開閉制御される。圧力封鎖弁２７ａとしては例えばＶＳＶ等が用いられる。
【００３１】また、負圧室１３ｂは連通路３０を介して前記主室１６に接続されており、負圧室１３ｂ内には吸気通路９のサージタンク９ａにて発生する圧力が導入されている。すなわち、パージ実行時にはエンジンへの吸気に伴ってサージタンク９ａ内に生じる負圧が負圧室１３ｂに導入されることとなり、負圧室１３ｂ内の負圧がスプリング１３ｃの押圧力以上になるため、ダイヤフラム１３ａが圧力ポート２８ａの開口部から離間して大気導入弁１３は開弁し、パージカット時にはダイヤフラム１３ａが圧力ポート２８ａの開口部に当接して大気導入弁１３は閉弁する。
【００３２】従って、エンジン運転時においてサージタンク９ａ内に生じる負圧によりキャニスタ２内の吸着燃料が吸気通路９側にパージ（放出）される際には、外気を大気導入通路２７及び通気ポート２５を介して副室１７側からキャニスタ２内に導入することができる。この外気の導入により、主室１６及び副室１７内の活性炭吸着材１９ａ，１９ｂに吸着されている燃料蒸気がパージ通路８側へ流れて、サージタンク９ａ内を流れる吸入空気中にパージされる。
【００３３】また、エンジン運転時において故障診断時の負圧導入後において燃料タンク１内の圧力変化量、すなわち燃料蒸気の発生量を測定するためにパージ制御弁１１は閉鎖されたまま圧力封鎖弁２５ａが開かれてキャニスタ２及び燃料タンク１内の圧力が大気圧に戻される。
【００３４】また、大気制御弁１４の上部には大気開放弁１２の大気圧室１２ｂに通じる大気開放ポート２９が形成され、大気圧室１２ｂの内部は常時大気圧とされている。大気制御弁１４にはキャニスタ２内で燃料成分が捕集された後の気体を外部に導出する大気排出ポート２６が設けられている。大気排出ポート２６の先端開口部は大気開放弁１２のダイヤフラム１２ａによって閉塞可能とされている。そして、ダイヤフラム１２ａは、大気圧室１２ｂに配設されたスプリング１２ｃの付勢力により大気排出ポート２６の開口部側に押圧されている。このため、大気開放弁１２はキャニスタ２の内圧が規定圧以上になるまで閉弁状態に保持される。
【００３５】給油時にブリーザ通路７からキャニスタ２内に圧力がかかると、大気開放弁１２の正圧室１２ｄの圧力が高まる。そして、この正圧室１２ｄ内の圧力と大気開放ポート２９から大気圧室１２ｂに導入される大気圧との差圧が、規定圧差に達した時に大気開放弁１２が開弁する。このことにより、主室１６と副室１７とを経て燃料蒸気を除かれた気体が通気ポート２５及び大気排出ポート２６を介して外部に排出される。
【００３６】次に、燃料タンク１の上部には嵌挿孔３１が形成され、この嵌挿孔３１にはブリーザ通路７の一部をなす筒状のブリーザ管３２が挿入され固定されている。ブリーザ管３２の下部にはフロート弁３３が形成されている。また、燃料タンク１の上部にはブリーザ管３２の上端開口部３２ａを覆うように差圧弁５が配設されている。
【００３７】図２（ａ），（ｂ）に示すように、差圧弁５の内部はダイヤフラム５ａによって上下に区画され、ダイヤフラム５ａの上側には第１圧力室５ｂが、下側には第２圧力室５ｃがそれぞれ形成されている。第１圧力室５ｂは、圧力通路３４によって燃料タンク１に設けられた燃料注入管３６の上部と連通されており、第１及び第２圧力室５ｂ，５ｃには燃料タンク１内の圧力が導入されている。ダイヤフラム５ａは第１圧力室５ｂに配設されたスプリング５ｄの付勢力により、第２圧力室５ｃ内に導入されたブリーザ通路７の上端開口部７ａ側に押圧されている。このようにダイヤフラム５ａによってブリーザ通路７の上端開口部７ａは閉塞可能とされている。本実施形態において、第１及び第２圧力室５ｂ，５ｃに導入される圧力をＰα，Ｐβ、ブリーザ通路７に導入される圧力をＰγ、さらにスプリング５ｄの押圧力に基づくダイヤフラム５ａの圧力をＰδとする。また、第１圧力室５ｂ側のダイヤフラム５ａの面積をＳ１、第２圧力室５ｃ側のダイヤフラム５ａの面積をＳ２、ブリーザ通路７側のダイヤフラム５ａの面積をＳ３とする。すると、ダイヤフラム５ａを閉鎖させる方向の力ｆは、ｆ＝Ｐα＊Ｓ１＋Ｐδ＊Ｓ１−Ｐβ＊Ｓ２−Ｐγ＊Ｓ３となる。この力ｆが正の値の場合にはダイヤフラム５ａが閉鎖されて差圧弁５は閉弁し、力ｆが負の値の場合にはダイヤフラム５ａが開放されて差圧弁５は開弁することとなる。
【００３８】本実施形態では、例えば面積Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の面積比を７：６：１とし、スプリング５ｄによる単位面積当たりの圧力Ｐδを０．２７ｋＰａ（＝２ｍｍＨｇ）としている。従って、力ｆは、ｆ＝Ｐα＊７＊Ｓ３＋Ｐδ＊７＊Ｓ３−Ｐβ＊６＊Ｓ３−Ｐγ＊Ｓ３＝Ｓ３（７・Ｐα−６・Ｐβ−Ｐγ＋１．８９）
となる。燃料タンク１への燃料の給油時以外には圧力Ｐα＝Ｐβとなるため、ｆ＝Ｓ３（７・Ｐα−６・Ｐα−Ｐγ＋１．８９）
＝Ｓ３（Ｐα−Ｐγ＋１．８９）
となる。
【００３９】従って、燃料タンク１の圧力Ｐαがキャニスタ２の圧力Ｐγよりも所定圧力Ｐ０＝１．８９ｋＰａ（＝１４ｍｍＨｇ）以上低くなると、ダイヤフラム５ａが開放され、キャニスタ２から燃料タンク１へのバックパージが行われることとなる。例えば、エンジン運転状態において、タンク内圧が−１．８９ｋＰａ（＝−１４ｍｍＨｇ）よりも小さな値であれば、パージ制御弁１１を閉弁してキャニスタ２内に大気圧を導入することにより、差圧弁５が開弁することとなる。
【００４０】燃料注入管３６の下部側先端部には絞り３６ａが形成されている。給油された燃料がこの絞り３６ａを通過すると、燃料注入管３６内部の燃料蒸気の流れ方向は給油口３６ｂから燃料タンク１側に流れる方向に規制される。従って、給油口３６ｂから燃料蒸気が外部に漏出することを防止できる。なお、燃料タンク１の上部と燃料注入管３６の上部とを連通させる循環ライン管３７が設けられており、給油時において燃料タンク１内の燃料蒸気を燃料注入管３６との間で循環させて円滑な注油を可能としている。
【００４１】また、燃料タンク１の上部には燃料タンク１内の圧力を検出するための圧力センサ１ａが設けられている。本実施形態において、圧力センサ１ａは大気圧を基準とする相対圧力を検出するものが用いられている。圧力センサ１ａによる検出信号はパージ制御や故障診断制御を行っているＥＣＵ１０に出力されている。なお、ＥＣＵ１０へは吸気通路９に設けられたエアフローメータ９ｃ等の各種センサからの信号も出力されている。
【００４２】更に、タンク内圧制御弁４内の正圧室４ｃからキャニスタ２の副室１７へは、バイパス通路４１が形成されている。このことにより、バイパス通路４１は、タンク内圧制御弁４内の正圧室４ｃ及び燃料蒸気導入通路３を介して燃料タンク１とキャニスタ２とを連絡している。このバイパス通路４１には、バイパス制御弁４２が配置されている。このバイパス制御弁４２は通常時には閉じられているが、故障診断時にＥＣＵ１０により後述するごとく制御されて、バイパス通路４１の開閉状態を調節している。このバイパス制御弁４２としては例えばＶＳＶ等が用いられる。
【００４３】上記構成を備える燃料蒸気パージシステムは以下のように機能する。燃料タンク１内において燃料が蒸発し、燃料タンク１の内圧が規定圧力値以上に増加すると、タンク内圧制御弁４が開弁する。すると、燃料蒸気導入通路３内には燃料タンク１からキャニスタ２に向かう燃料蒸気の流れが形成される。このため、燃料タンク１の燃料蒸気はタンク内圧制御弁４を介してキャニスタ２側に導入される。
【００４４】燃料蒸気導入通路３を介してキャニスタ２内部に到達した燃料蒸気は、まず、主室１６側の吸着材層２０ａに充填された活性炭吸着材１９ａによって燃料成分が捕集される。続いて、燃料蒸気は吸着材層２０ａを抜けて拡散室２１に達する。さらに、燃料蒸気は拡散室２１を通過して副室１７に導入され、副室１７側の吸着材層２０ｂにおいて、主室１６側の吸着材層２０ａで捕集しきれなかった燃料成分が捕集される。このように燃料蒸気はキャニスタ２内部をＵ字状の移動経路に沿って流れるため、吸着材層２０ａ，２０ｂの活性炭吸着材１９ａ，１９ｂに接触する時間が長くなり燃料成分が効果的に捕集される。このとき、図３（ａ）に示すように、蒸気ガイド４０によって燃料蒸気の流れが規制され、蒸気ガイド４０よりもパージ通路８側の吸着材層２０ａ領域への燃料蒸気の吸着量は少なくなる。
【００４５】そして、燃料成分の大部分が吸着材層２０ａ，２０ｂの活性炭吸着材１９ａ，１９ｂによって捕集された気体は大気開放弁１２を開弁するとともに、大気排出ポート２６を通じて外部に放出される。この時、大気導入弁１３の負圧室１３ｂの内圧は大気圧室１３ｄの内圧より大きい正圧となっているため、大気導入弁１３は開弁しない。従って、大気導入弁１３を介して、大気導入通路２７から燃料蒸気が外部に漏出することはない。
【００４６】次に、キャニスタ２内に捕集された燃料成分は以下のようにして吸気通路９に供給される。エンジンが運転されているとパージ通路８のサージタンク９ａ側開口部近傍は負圧に転じるため、ＥＣＵ１０の制御信号によりパージ制御弁１１が開放駆動される毎に、大気導入弁１３が開弁しパージ通路８の内部にはキャニスタ２側からサージタンク９ａ側へ向かう燃料蒸気の流れが形成される。
【００４７】従って、キャニスタ２内部は負圧となり、大気導入通路２７を通してキャニスタ２内部に副室１７側から空気が導入される。そして、活性炭吸着材１９ａ，１９ｂに吸着されている燃料成分はその空気により離脱され、空気中に吸収される。このとき、図３（ｂ）に示すように、蒸気ガイド４０によって燃料蒸気の流れが規制され、蒸気ガイド４０よりもベーパ導入ポート２２側の吸着材層２０ａ領域からの燃料蒸気の離脱量は少なくなる。
【００４８】このようにして導入された空気により燃料蒸気はパージ通路８内に導かれ、パージ制御弁１１を介してサージタンク９ａ内に放出される。サージタンク９ａ内において、燃料蒸気はエアクリーナ９ｂ、エアフローメータ９ｃ及びスロットルバルブ９ｄを通過した吸入空気と混合され、シリンダ（図示略）内に供給される。そして、吸入空気と混合された燃料蒸気は、燃料タンク１内の燃料ポンプ３８を介して燃料噴射弁３９から吐出された燃料とともに、シリンダ内において燃焼される。
【００４９】また、パージ実行中において、燃料タンク１の内圧が大気圧よりも所定圧力Ｐ０以上低い状態において、パージ制御弁１１を一時的に閉弁すると、キャニスタ２内の圧力Ｐγはほぼ大気圧になるため、差圧弁５が開弁する。このため、図３（ｃ）に示すように、ブリーザ通路７の内部にはキャニスタ２側から燃料タンク１側へ向かう燃料蒸気の流れが形成され、蒸気ガイド４０よりもベーパ導入ポート２２側の吸着材層２０ａ領域からの燃料蒸気が離脱されて燃料タンク１へバックパージされることとなる。そのため、次の給油時において給油エミッションの悪化を抑制することができる。
【００５０】一方、長時間の駐車等により、燃料タンク１が冷却され、燃料タンク１内の燃料蒸気の発生が止まり、燃料タンク１内部の圧力が相対的にキャニスタ２内部より低くなった場合には、タンク内圧制御弁４の正圧室４ｃの圧力は負圧となる。従って、ベーパリリーフ弁２３のチェックボールが上方に移動し、ベーパリリーフ弁２３が開放される。このため、キャニスタ２内の燃料蒸気は燃料蒸気導入通路３を通じて燃料タンク１に戻される。
【００５１】また、この故障診断装置では、燃料タンク１の内部、燃料蒸気導入通路３、ブリーザ通路７、キャニスタ２の内部、及びパージ通路８といった燃料蒸気が導入される部位により構成される経路（以下、これらを併せて「パージ経路」と称する）の穴開きや配管の外れ等に起因する漏れ異常の有無をその診断対象とするとともに、パージ経路に設けられた各種バルブの故障を診断対象としている。パージ経路の漏れ異常の診断方法として具体的には、燃料蒸気導入通路内を所定の負圧下で密閉した後の同経路内の圧力挙動に基づいて、同経路における漏れ異常の有無を診断している。
【００５２】以下、こうした故障診断装置による漏れ異常の故障診断の実行手順について図６に示すタイミングチャートを参照して説明する。この故障診断は、タンク内圧が安定していること、エンジンの始動時から所定時間が経過していないこと、圧力センサ１ａに異常がないこと等の条件に加え、パージ処理が実行されていること、即ちパージ制御弁１１が運転状態に基づく所定開度で開弁されていること、といった各前提条件が全て成立しているときに実行される。
【００５３】そして、こうした前提条件が満たされると、まず、ＥＣＵ１０により圧力封鎖弁２７ａが閉駆動され（時刻ｔ１０）、吸気通路９の負圧がパージ経路内に導入される。その結果、パージ経路内の圧力（＝タンク内圧）は徐々に低下するようになる（時刻ｔ１０〜ｔ２０）。
【００５４】次に、タンク内圧が目標負圧ＰＴに達すると（時刻ｔ２０）、ＥＣＵ１０によりパージ制御弁１１が強制的に閉じられる。その結果、パージ経路内は密閉された状態になる。尚、負圧の導入を開始してから所定時間が経過してもタンク内圧が上記目標負圧ＰＴにまで低下しない場合には、パージ経路内に比較的大きな漏れが発生していると診断される。
【００５５】上記のようにパージ経路内が低圧（負圧）下に置かれた状態で密閉されると、タンク内圧は、上記所定負圧ＰＴ以下にまで一旦低下するものの、同経路内の燃料（例えば燃料タンク１内の燃料やキャニスタ２の吸着材に吸着されている燃料）が蒸発するのに伴って徐々に上昇し始める（時刻ｔ２１以降）。そして、故障診断、すなわちパージ経路における漏れ異常の有無の判定は、このときのタンク内圧の上昇速度に基づいて行われる。
【００５６】即ち、［正常判定］タンク内圧の上昇速度が所定値（正常判定値）未満である場合には、タンク内圧はパージ経路内における燃料の蒸発によってのみ上昇しており、同経路に漏れ異常は無いと判定される。
［異常判定］タンク内圧の上昇速度が所定値（異常判定値）以上である場合には、タンク内圧は同経路内における燃料の上昇に加えて、更に同経路への大気の流入によって上昇しており、同経路に漏れ異常が有ると判定される。
［判定保留］タンク内圧の上昇速度が上記正常判定値以上であって異常判定値未満である場合には、漏れ異常の有無を確実に判定することが困難であるため、その判定が一旦保留される。といった判定がなされる。
【００５７】次に、ＥＣＵ１０が実行するパージ制御及びバルブの故障診断処理を図４〜図５に従って説明する。なお、以下の故障診断処理において、燃料タンク内圧は、大気圧を基準とする相対圧力である。
【００５８】本診断処理はＥＣＵ１０の電源オン後に必要な初期設定が行われ、例えば、圧力センサ１ａやその他のセンサに異常が無く、エンジンが運転を開始してから、ある程度の時間が経過して運転が安定した場合に故障診断処理実行条件は成立する。
【００５９】前述したように、エンジンの運転が安定すると、まず、ステップ１０２において、エンジン冷却水温ＴＨＷが所定温度Ａ℃（例えば７５℃）以上か否かを判定する。エンジン冷却水温ＴＨＷがＡ℃未満であると判定すると、ステップ１３０に処理を移行する。エンジン冷却水温ＴＨＷがＡ℃以上であると判定すると、ステップ１０４に進む。
【００６０】ステップ１３０において、タンク内圧が−ＰＡ（例えばＰＡ＝２．６７ｋＰａ＝２０ｍｍＨｇ）未満か否かを判定する。タンク内圧が−ＰＡ以上であると判定すると本ルーチンを一旦終了する。タンク内圧が−ＰＡ未満であると判定すると、次のステップ１３２において、圧力封鎖弁閉異常、又はパージ制御弁及びバイパス制御弁開異常であると診断し、本ルーチンを一旦終了する。これは、パージの開始前にタンク内圧が−ＰＡ未満になる条件はキャニスタ２内が負圧になる場合である。キャニスタ２内が負圧になる故障条件は、パージ制御弁１１が開異常であるとともに、バイパス制御弁４２が開異常の場合に、直接燃料タンク１内にキャニスタ２の負圧が伝わっているので、タンク内圧が負圧になる。また、パージ制御弁１１が正常であっても燃料消費量が多いためにタンク内圧の負圧が大きくなる場合があるが、このとき圧力封鎖弁２７ａが閉異常のときキャニスタ２内が負圧になる。
【００６１】また、ステップ１０４ではパージ条件成立か否かを判定する。パージ条件が成立していないと判定すると本ルーチンを一旦終了し、パージ条件が成立していると判定するとステップ１０６に進む。
【００６２】ステップ１０６においてパージ経路内への負圧導入中か否かを判定し、負圧導入中でないと判定するとステップ１０８に進み、負圧導入中であると判定するとステップ１６０の負圧導入漏れ検出ルーチンに進む。
【００６３】ステップ１０８において、タンク内圧が−ＰＢ（例えばＰＢ＝３．３４ｋＰａ＝２５ｍｍＨｇ）未満か否かを判定する。タンク内圧が−ＰＢ以上であると判定するとステップ１４０に進み、タンク内圧が−ＰＢ未満であると判定するとステップ１１０においてパージ制御弁１１を閉弁してパージを強制的に停止する。
【００６４】ステップ１４０において、パージ強制停止フラグは１である、すなわちパージ制御弁１１が閉弁状態であるか否かを判定し、肯定判定の場合にはステップ１１４に移行し、否定判定の場合にはステップ１４２に進んで通常パージ制御を実行する。
【００６５】そしてステップ１１２において、パージ強制停止後ｔ秒経過したか否かを判定し、ｔ秒経過していないと判定すると本ルーチンを一旦終了する。このステップ１１２でパージ強制停止後ｔ秒経過したと判定すると、パージ強制停止フラグを１に設定してステップ１１４に移行する。
【００６６】ステップ１１４において、タンク内圧が−ＰＡ（例えばＰＡ＝２．６７ｋＰａ＝２０ｍｍＨｇ）未満か否かを判定する。タンク内圧が−ＰＡ以上であると判定するとステップ１５０に移行し、タンク内圧が−ＰＡ未満であると判定すると、次のステップ１１６において、パージ制御弁開異常、又は圧力封鎖弁閉異常、又はバイパス制御弁開及び圧力封鎖弁閉異常であると診断する。これは、パージ実行中にパージ制御弁を閉弁してもタンク内圧が大気側に上昇しない場合にはキャニスタ２内の負圧が維持されるので、パージ制御弁１１が開異常であるか、圧力封鎖弁２７ａが閉異常のためにパージ経路内に大気が導入されないか、バイパス制御弁４２が開異常のためにキャニスタ２内の負圧が直接燃料タンク１内に伝わっているかであることによる。
【００６７】また、ステップ１１６の処理の後、ステップ１１８において強制パージ停止フラグを０に設定してパージを再開する。また、ステップ１５０では、タンク内圧が−ＰＣ（例えばＰＣ＝１．３３ｋＰａ＝１０ｍｍＨｇ）未満か否かを判定する。タンク内圧が−ＰＣ以上であると判定するとステップ１５４に移行し、タンク内圧が−ＰＣ未満であると判定すると、ステップ１５２に進む。
【００６８】ステップ１５２において、パージ制御弁開閉正常、圧力封鎖弁開正常、バイパス制御弁閉正常、差圧弁正常、及びタンクの１．０ｍｍ穴正常であると又はバイパス制御弁開及び圧力封鎖弁閉異常であると診断する。これは、パージ強制停止によってタンク内圧が−ＰＢ（＝−３．３４ｋＰａ）未満の状態から−ＰＣ（＝−１．３３ｋＰａ）未満の状態に変化することから、パージ制御弁１１の開から閉への切り換えによって圧力変化が発生しているので、パージ制御弁１１が開閉ともに正常となる。また、タンク内圧が−ＰＢ（＝−３．３４ｋＰａ）未満の状態から−ＰＣ（＝−１．３３ｋＰａ）未満に上昇することにより圧力封鎖弁２７ａが開正常となって大気が導入され、差圧弁５が正常であり、バイパス制御弁４２が閉正常となる。さらに、差圧弁５が正常であり、バイパス制御弁４２が閉正常であることから、所定時間経過後にタンク内圧が−ＰＣ付近に維持されていればタンクの１．０ｍｍ穴がないことを判定することができる。従って、パージ経路への負圧導入漏れ検出において１．０ｍｍ穴異常が検出されると、キャニスタ２側での１．０ｍｍ穴有りを検出することができる。
【００６９】ステップ１５０でタンク内圧が−ＰＣ以上であると判定されたとき、ステップ１５４では、パージ制御弁開閉正常、圧力封鎖弁開正常、及びバイパス制御弁開異常であると診断する。これは、パージ強制停止によってタンク内圧が−ＰＢ（＝−３．３４ｋＰａ）未満の状態から−ＰＣ（＝−１．３３ｋＰａ）以上の状態に変化することから、パージ制御弁１１の開から閉への切り換えによって圧力変化が発生しているので、パージ制御弁１１が開閉ともに正常となる。また、タンク内圧が−ＰＣ（＝−１．３３ｋＰａ）以上に上昇することにより圧力封鎖弁２７ａが開正常であり、このときタンク内圧が−ＰＣ以上になることから差圧弁５が開異常であるか、バイパス制御弁４２が閉異常となる。
【００７０】以上説明した態様をもってバルブ故障診断が実行される本実施形態の燃料蒸気パージシステムによれば、（１）エンジン運転状態において、パージ実行中にパージ制御弁１１を一時閉弁してパージ強制停止し、そのときのタンク内圧の変化状態を検出することのみによって、パージ制御弁１１、圧力封鎖弁２７ａ、バイパス制御弁４２、及び差圧弁５等のバルブ故障を診断することができる。従って、負圧導入による故障診断はパージ経路の漏れ故障診断だけで済み、故障診断に要する時間を短縮化することができ、よって早期にパージを開始してパージ効率を向上することができる。
【００７１】（２）また、パージ実行中に燃料タンク１の内圧が所定圧力Ｐ０未満の場合にパージ制御弁１１を一時的に閉弁することにより、差圧弁５を開弁することができ、よってキャニスタ２の蒸気ガイド４０よりもベーパ導入ポート２２側の吸着材層２０ａ領域に残留している燃料蒸気を燃料タンク１へバックパージすることができる。このため、次の給油時においてキャニスタ２から大気への給油エミッションの悪化を抑制することができる。
【００７２】（第２実施形態）次に、本発明にかかる燃料蒸気パージシステムの故障診断装置の第２実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。なお、この第２実施形態にかかる故障診断装置は、先の第１実施形態で説明したものと同様の構成を有したものを想定しているため、その構成についての説明は省略する。
【００７３】第１実施形態の故障診断装置では、キャニスタ２から燃料タンク１へバックパージを利用したタンク負圧が大きい条件でパージカットした時のバルブ故障診断について述べた。本実施形態では、タンク内圧が大気圧よりも所定値以上高い若しくはタンク内圧が大気圧よりも所定値以上低い場合に、パージカットに合わせてバルブ故障診断を実施するようにしたものである。
【００７４】図７，８は、パージカット時のバルブ故障診断処理の実行手順を示すフローチャートであり、このフローチャートに示す一連の処理は、所定時間毎（例えば６５ｍｓ毎）の割り込み処理としてＥＣＵ１０により実行される。
【００７５】この処理に際しては、先ず、ステップ２０２において、パージカットフラグが１であるか否かに基づいて、パージ制御弁１１が閉弁されているか否かを判断する。このステップ２０２で、パージカットフラグが１すなわちパージ制御弁１１が閉弁されているとステップ２０４に進み、パージカットフラグが０すなわちパージ制御弁１１が開弁されているとステップ２５０の通常パージ制御ルーチンに進む。
【００７６】ステップ２０４において、パージカット時診断完了フラグが０であるか否かに基づいて、診断が未完了であるか否かを判定する。このステップ２０４で、パージカット時診断完了フラグが０すなわち診断未完了であると判定するとステップ２０６に進み、パージカット時診断完了フラグが１すなわち診断完了済みであると判定されるとステップ２５０の通常パージ制御ルーチンに進む。
【００７７】ステップ２０６において、バイパス制御弁４２は閉弁しているか否かを判定する。バイパス制御弁４２が開弁していると判定するとステップ２１２に進み、バイパス制御弁４２が閉弁していると判定するとステップ２０８に進む。
【００７８】ステップ２０８において、タンク内圧の絶対値が所定圧力Ｐ１（Ｐ１＞０）以上か否かを判定する。タンク内圧絶対値がＰ１以下であると判定すると本ルーチンを一旦終了し、タンク内圧絶対値がＰ１より大きいと判定すると、ステップ２１０に進んでバイパス制御弁４２を開弁させる。
【００７９】そして、次のステップ２１２において、バイパス制御弁開弁後ｔ秒経過したか否かを判定し、ｔ秒経過していないと判定すると本ルーチンを一旦終了する。このステップ２１２でバイパス制御弁開弁後ｔ秒経過したと判定すると、ステップ２１４に進む。
【００８０】ステップ２１４において、タンク内圧絶対値が所定圧力Ｐ２（Ｐ１＞Ｐ２＞０）未満か否かを判定する。タンク内圧絶対値がＰ２以上であると判定するとステップ２２０に移行し、タンク内圧絶対値がＰ２未満であると判定すると、次のステップ２１６において、パージ制御弁閉正常、パージ制御弁閉正常、及び圧力封鎖弁開正常であると診断する。これは、パージ実行中にパージ制御弁１１の閉弁に合わせてバイパス制御弁４２を閉から開に切り換えることにより、タンク内圧が大気に近づくことにより、バイパス制御弁開閉正常、パージ制御弁閉正常、及び圧力封鎖弁開正常を判断することができることによる。
【００８１】また、ステップ２１６の処理の後、ステップ２１８においてパージカット時診断完了フラグを０に設定してパージを再開する。また、ステップ２２０では、タンク内圧が−Ｐ１未満か否かを判定する。タンク内圧が−Ｐ１以上であると判定するとステップ２２４に移行し、タンク内圧が−Ｐ１未満であると判定すると、ステップ２２２に進む。ステップ２２２において、パージ制御弁開異常であると診断し、この後ステップ２１８に進む。
【００８２】ステップ２２０でタンク内圧が−Ｐ１以上であると判定されると、ステップ２２４では、タンク内圧がＰ１より大きいか否かを判定する。タンク内圧がＰ１以下であると判定すると本ルーチンを一旦終了し、タンク内圧がＰ１より大きいと判定するとステップ２２６に進む。ステップ２２６において、バイパス制御弁閉異常であると診断し、この後ステップ２１８に進む。
【００８３】以上説明した態様をもってバルブ故障診断が実行される本実施形態の燃料蒸気パージシステムによれば、（１）負圧導入漏れ診断における負圧導入完了時点において、パージ制御弁開正常、圧力封鎖弁閉正常を判断することができ、従って、負圧導入による故障診断はパージ経路の漏れ故障診断だけで済み、故障診断に要する時間を短縮化することができ、よって早期にパージを開始してパージ効率を向上することができる。
【００８４】（２）また、本実施形態ではパージ実行中に強制的にパージカットを行うのではなく、車両の走行状態にかかるパージカット時を利用してバルブ故障診断を行うことができるので、走行時のパージ流量を低下させることがない。
【００８５】なお、上記各実施形態は、以下のようにその構成を変更して実施することもできる。
・ 上記各実施形態では、燃料蒸気パージシステムとして燃料タンク１とキャニスタ２とをバイパス制御弁４２を備えたバイパス通路４１により連通するタイプのものに具体化したが、これに代えて燃料タンクとキャニスタとをオリフィスを連通するタイプの燃料蒸気パージシステムに具体化してもよい。
【００８６】・ 上記各実施形態における差圧弁５の開弁圧力は必要に応じて任意の値に変更することができる。次に、上記各実施形態から把握できる他の技術的思想を、以下に記載する。
【００８７】・ 請求項１に記載の燃料蒸気パージシステムにおいて、前記第１及び第２のポートが管路により互いに接続され、前記管路には、前記閉鎖空間の気密性に係る診断が行われるときに診断用の圧力が導入される一つの導入ポートが設けられ、その導入ポートと前記第２のポートとの間には、前記導入ポートから導入された診断用の圧力が前記第２のポートへ導入されることを許容し、前記第２のポートに作用する圧力が前記導入ポートを通じて外部へ導出されることを阻止するための逆止弁を設けた燃料蒸気パージシステム。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【識別番号】０００１１６５７４
【氏名又は名称】愛三工業株式会社
【識別番号】０００００３２１８
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機製作所
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| 【出願日】 |
平成１２年２月１４日（２０００．２．１４） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２２７４１５（Ｐ２００１−２２７４１５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年８月２４日（２００１．８．２４） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３５７９５（Ｐ２０００−３５７９５） |
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